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量子力学

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1: 2018/05/10(木) 14:46:49.13 ID:CAP_USER
Quantum physics: Gamers ‘power-up’ quantum physics tests
Nature
全世界のゲーマーたちが競い合って乱数の数列を生成したことが、「局所実在性が破れる場合がある」という量子力学による予測の検証に役立った。
この研究結果を報告する論文が、今週掲載される。

量子理論によって物理的現実を完全に記述できるかどうか、というテーマを巡っては、かなりの議論が巻き起こっている。
この議論におけるキーワードは、局所性(ある地点で行われた行為によって、別の地点での実験結果が直ちに変わることはないという考え)と実在性(物理系には一定の値を有する特性があり、そのことは測定しなくても確定しているという考え)である。これらを調べるには、いわゆる「ベルテスト」が実施される。
ベルテストでは、隠れた変数を援用してごまかすことなく、粒子間の量子相関を測定し、粒子について局所実在性の破れが起こっているかどうかを判定する。
隠れた変数は、現在の量子力学理論によって説明できないため、隠れた変数を援用すると、量子力学理論は不完全なものになってしまう。

続きはソースで

英語の原文
http://dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0085-3

Nature Research
https://www.natureasia.com/ja-jp/research/highlight/12503
ダウンロード


引用元: 【量子物理学】ゲーマーたちが量子力学の検証を「パワーアップ」ベルテストで量子力学による予測の検証[05/10]

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1: 2018/04/30(月) 19:03:32.73 ID:CAP_USER
東京大学(東大)は4月24日、量子力学的に状態が特定された状態(量子純粋状態)が平衡状態として落ち着いているとき、量子もつれの分布が、熱力学によって完全に決定されることを明らかにしたと発表した。
同成果は今後、冷却原子形やイオントラップ系における量子情報量の測定実験の解析に役立つことが期待されるという。

同成果は、東大物性研究所、東大国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構の研究グループによるもの。
詳細は、「Nature Communications」オンライン版に掲載された。

量子力学と熱力学との理論的な対応関係は、20世紀初頭から研究されてきた。
特に近年においては、熱源と完全に切り離された量子純粋状態を用いた熱力学の構築は、理論的な興味はもちろんのこと、冷却原子を使った実験との対応からも、重要な課題となっている。

このような、ミクロな世界(量子力学)とマクロな世界(熱力学)の対応の研究に重要になるのが、量子もつれだ。
量子もつれとは、空間的に離れた2つの量子状態が互いに影響し合う現象のこと。

量子純粋状態が平衡状態へと落ち着く過程をコップの水で例えると、水分子同士の衝突により量子もつれが次々と作られ、この量子もつれによって状態は平衡状態へと変化していく、というように表現できる。しかし、平衡状態の中では大量の量子もつれが複雑に絡み合っているため、一体どの程度の量の量子もつれが生じているのかを判断することは出来なかった。

続きはソースで

関連リンク
「Nature Communications」オンライン版
https://www.nature.com/ncomms/

図:量子もつれの空間分布のグラフ。物質をAとBの2つに分けた時に、
AとBの間にどのくらいの量子もつれが生じているかを縦軸に、物質A の長さを横軸にプロットしてある
https://news.mynavi.jp/article/20180425-621463/images/001.jpg

マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180425-621463/
ダウンロード (1)


引用元: 【量子力学】ミクロとマクロが合致 - 量子もつれの分布は熱力学で決まると判明 東京大学[04/25]

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1: 2018/03/24(土) 00:38:57.19 ID:CAP_USER
大阪大学核物理研究センターの嶋達志准教授らの研究グループは23日、九州大学、高エネルギー加速器研究機構、名古屋大学、インディアナ大学と共同で、原子の大きさ程度の距離に働く未知の力の探索を行なったと発表した。

 われわれが生活している空間は、縦・横・高さの3つの次元で構成されているが、一般相対性理論と量子力学の統合を可能にする理論として注目を集めている「超ひも理論」によれば、この世界は3次元ではなく10次元(時間も含めると11次元)で構成されていると考えることができる。
しかし、いままで4つめ以降の次元(余剰次元)はみつかっていない。
その理由は、余剰次元は極めて小さいサイズにコンパクト化されているため、発見が困難だからだとされている。

画像:希ガス標的を封入した容器に、図中左下からパルス中性子ビームを照射し、下流に設置した中性子検出器で中性子の散乱角度分布を精密に測定する。
もし余剰次元が存在すると、既知の力のみから予想される分布からズレが生じる
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1113/193/01_l.png

PC Watch
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/yajiuma/1113193.html
ダウンロード (1)


引用元: 【超ひも理論】阪大、4つめの次元の探索を開始[03/23]

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1: 2018/03/20(火) 14:10:55.91 ID:CAP_USER
英国の理論物理学者スティーブン・ホーキング博士が3月14日、76歳で死去した。
1970年代に、ひとたび飲み込まれたら光でさえ絶対に逃げだせないとされていたブラックホールが「真っ黒」ではなく、光の一部は特異点の周囲の「事象の地平線」から逃げ出せることを明らかにして、
物理学界に衝撃をもたらしたことで知られる。

 これをきっかけに、量子力学のレンズ越しにブラックホールを研究するという、まったく新しい手法が誕生することになった。
しかし、宇宙の性質に関するホーキング氏の驚くべき発言はそれだけではない。
ホーキング博士の40年以上にわたる研究生活において話題になった有名な賭けや、刺激的な発言のいくつかを振り返ろう。

■ブラックホールをめぐる賭け

 ホーキング博士のブラックホール研究はあまりにも有名なので、博士がかつてブラックホールを否定するほうに賭けていたと聞いたら、意外に思われるかもしれない。
しかし、茶目っ気のある博士は、昔から科学的な問題についていくつも有名な賭けをしていて、その多くに負けている。

 1974年12月10日、ホーキング博士はカリフォルニア工科大学の理論物理学者キップ・ソーン氏と、銀河系内の巨大なX線源であるはくちょう座X-1がブラックホールであるかどうかをめぐって賭けをした。
実は二人とも、はくちょう座X-1がブラックホールであることをほぼ確信していたが、ホーキング博士はブラックホールではないほうに賭けることを選んだ。

 博士は1988年の著書「A Brief History of Time」(邦訳「ホーキング、宇宙を語る」1989年)の中で、「私にとって、それは保険のようなものだった。ブラックホールについてたくさんの研究をしてきたので、ブラックホールが存在しないことが明らかになった場合には、すべてが無駄になってしまうからだ」と書いている。
「ブラックホールが存在しないほうに賭けておけば、少なくとも賭けには勝ったという慰めを得ることができるし、雑誌『Private Eye』4年分も手に入る」

 今では、はくちょう座X-1はブラックホールであることが広く受け入れられている。
また、2016年の重力波の発見によって、ブラックホールの存在はいっそう確実なものになっている。

 それからおよそ四半世紀後の1997年、ホーキング博士は、ソーン氏とカリフォルニア工科大学の理論物理学者ジョン・プレスキル氏とともに、ブラックホールをめぐる別の賭けを始めた。賭けの対象になったのは、ブラックホールの中に物質が落ち込むときに、物質に関する情報も失われるかどうかである。ソーン氏とホーキング博士は、ブラックホールに飲み込まれた情報が(量子力学に反して)失われるほうに賭け、プレスキル氏は情報が失われないほうに賭けた。

続きはソースで

関連ソース画像
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/18/031600121/ph_thumb.jpg

ナショナルジオグラフィック日本版サイト
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/18/031600121/
ダウンロード (1)


引用元: 【宇宙物理】追悼:ホーキング博士、意外にも「ブラックホールが存在しない」に賭けていた!ヒッグス粒子が見つからないに100ドル

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1: 2018/02/13(火) 23:27:52.80 ID:CAP_USER
Google、IBM、Intel、そして Microsoftといった巨大IT企業たちが量子コンピュータの開発に熱心になっている。
それは量子コンピュータが従来のコンピュータよりも圧倒的な速度で計算を行うことができると期待されているからである。
特に最近では、さまざまな種類の"量子"コンピュータもしくは量子力学から着想を得た専用マシンが登場してきている。
しばしば、スーパーコンピュータの〜〜倍速いという言葉でそれらのマシンの性能が謳われたりすることをよく耳にする。
量子コンピュータは本当にスーパーコンピュータに勝つ事ができるのだろうか?
本稿では、量子コンピュータの速さとは何か、そして量子コンピュータが、現代のシリコン半導体技術の結晶とも言える従来型の古典コンピュータと繰り広げる戦いについて紹介したい。

〈量子コンピュータによる計算の高速化〉

量子コンピュータが計算を高速化すると期待されている理由は、最も基本的な物理法則である量子力学を最大限に利用して計算をするコンピュータだからだ。
量子力学は、半導体、レーザー、MRIなどミクロな世界の現象を利用する身近な技術の基礎にもなっている。
 私たちが普段使っているコンピュータのCPUも半導体で作られているので、その意味では量子力学が使われている。
しかし、その半導体チップ上で行われる計算は、スイッチのオン「0」とオフ「1」のどちらか一方しかとらない"ビット"を用いており、物理法則で許されるものと比べると制限されたものだといえる。
なぜなら、量子力学では「0」か「1」かが確定していない重ね合わせ状態が許されているからだ。
このような量子力学のルールを計算原理に積極的に用いて計算を高速化するマシンが量子コンピュータと呼ばれている。
計算の高速化が示されている問題としては、整理されていないデータから重ね合わせを利用して高速に目的の情報を探索するグローバー探索、古典コンピュータでは効率よく解く事ができない代表的な問題である素因数分解、そして、電子や分子など量子力学を取り込まないと計算できない化学物質・材料シミュレーションをする量子シミュレーションである。

Berry_Iこのように多数の電子の振る舞いを計算することはスーパーコンピュータでは難しく、量子コンピュータの実現により高精度で高速な計算が可能になることが期待されている。 (写真はMacquarie Universityより引用)

関連ソース画像
http://www.qmedia.jp/content/images/2018/01/Berry_I.jpg

続きはソースで

Qmedia
http://www.qmedia.jp/quantum-beat-super-computer/
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引用元: 【テクノロジー】量子コンピュータの挑戦: スーパーコンピュータに勝てるだろうか?[02/09]

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1: 2017/11/28(火) 03:18:56.11 ID:CAP_USER
〈発表のポイント〉

19世紀以来、化学者はアボガドロ数(10の23乗)個の分子の平均像から化学反応の速度を決定してきた。
今回、数十から数百個の分子の反応を調べるだけで速度と反応機構を決定できた。
一次元に並べた数十の分子の反応を逐次的に原子分解能顕微鏡で追跡して
「分子一つ一つはランダムだが総和を取ると一次反応速度式に従う」という量子力学理論の予測を実証した。
顕微鏡を用いて化学反応を記録し解析できることを実証した本成果は、従来の顕微鏡科学の常識を凌駕し、今後、化学、生物学、材料研究における超微量、超高分解能の構造決定の革新的分析手法として新たな研究分野および産業応用を切り拓くことが期待される。

〈発表概要〉

東京大学大学院理学系研究科化学専攻の中村栄一特任教授、原野幸治特任准教授、山内薫教授らの研究グループは、確率論的に起こる一つ一つの分子の反応挙動を顕微鏡で見ることで、その挙動が量子力学の理論の予測に合致することを初めて明らかにした(図1)。


ダブルスリット実験は電子の量子性を表す著名な実験である。
電子一つ一つは粒子としてランダムに挙動する一方で、波としての法則性も示す。
分子同士の反応も同様に挙動するものと予測されてきたが実験的証明はなかった。本研究では、化学反応がランダムに起きる一方で、統計的には一定の法則に従う、という量子力学的遷移状態理論の予測を実証した。

化学反応研究は19世紀以来、反応容器の中に入れたアボガドロ数(10の23乗)
個の分子の総量の増減(バルク実験)を追跡することで行われてきた。
今回、一次元に配列させた[60]フラーレン(注1)分子の反応を、分子一つ一つについて、温度を変えながら原子分解能電子顕微鏡(注2)で直接観察して、数十個の分子について積算した。

本成果を応用することにより、多数の分子の平均に頼る従前の研究手法では平均に埋もれてしまった微細な分子の動きに関する情報が獲得できるようになり、新しい化学反応の発見や、宇宙空間や地球内部など高エネルギー環境における反応モデルの提唱、さらには原油の接触改質などの工業スケール反応における高効率触媒の開発や合理的な化学反応プロセスの設計につながると期待される。


図1. 本研究の概要図
https://apps.adm.s.u-tokyo.ac.jp/WEB_info/p/pub/2762/image001_nakamura.jpg

続きはソースで

東京大学
https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2017/5616/
ダウンロード


引用元: 【東京大学】量子力学が予言した化学反応理論を初めて実験で証明

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